eIF4E et étapes décisionnelles du développement embryonnaire : Quand la traduction module le développement

La synthèse protéique représente une étape importante de l’expression des gènes. Au cours du développement embryonnaire, la traduction des ARNm n’est pas toujours systématique, et résulte d’un contrôle efficace permettant l’expression de la protéine au bon moment et au bon endroit dans l’embryon. Les facteurs d’initiation (eIF, eukaryotic initiation factors) sont des acteurs clés du contrôle de la synthèse protéique. Parmi eux, le facteur eIF4E, par le biais d’associations avec différents partenaires, joue un rôle majeur qui se répercute depuis la gamétogenèse et la fécondation jusqu’à l’établissement des axes embryonnaires. Cet article se concentre sur le rôle d’eIF4E dans le contrôle de la régulation de la synthèse protéique en amont des décisions développementales. Les exemples sélectionnés illustrent l’importance du contrôle traductionnel en général, et au cours du développement embryonnaire en particulier. La découverte de mécanismes, parfois très sophistiqués, qui contrôlent la traduction des ARNm au cours du développement conduit le biologiste à porter un regard nouveau sur cette étape de la régulation de l’expression des gènes.Regulation of mRNA translation is an important regulatory step in gene expression. During embryonic development, mRNA translation is tightly regulated to produce the protein at the right place, at the right time. The eukaryotic initiation factor 4E (eIF4E) is a major target for the regulation of cap-dependent translation, that plays a key role during embryogenesis including gametogenesis, fertilization and establishment of embryonic axes. In this review, we describe recent advances illustrating the importance of the translational regulator eIF4E and its partners in developmental decisions

A Variant Mimicking Hyperphosphorylated 4E-BP Inhibits Protein Synthesis in a Sea Urchin Cell-Free, Cap-Dependent Translation System

BACKGROUND: 4E-BP is a translational inhibitor that binds to eIF4E to repress cap-dependent translation initiation. This critical protein:protein interaction is regulated by the phosphorylation of 4E-BP. Hypophosphorylated 4E-BP binds to eIF4E and inhibits cap-dependent translation, whereas hyperphosphorylated forms do not. While three 4E-BP proteins exist in mammals, only one gene encoding for 4E-BP is present in the sea urchin genome. The protein product has a highly conserved core domain containing the eIF4E-binding domain motif (YxxxxLPhi) and four of the regulatory phosphorylation sites. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: Using a sea urchin cell-free cap-dependent translation system prepared from fertilized eggs, we provide the first direct evidence that the sea urchin 4E-BP inhibits cap-dependent translation. We show here that a sea urchin 4E-BP variant, mimicking phosphorylation on four core residues required to abrogate binding to eIF4E, surprisingly maintains physical association to eIF4E and inhibits protein synthesis. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Here, we examine the involvement of the evolutionarily conserved core domain and phosphorylation sites of sea urchin 4E-BP in the regulation of eIF4E-binding. These studies primarily demonstrate the conserved activity of the 4E-BP translational repressor and the importance of the eIF4E-binding domain in sea urchin. We also show that a variant mimicking hyperphosphorylation of the four regulatory phosphorylation sites common to sea urchin and human 4E-BP is not sufficient for release from eIF4E and translation promotion. Therefore, our results suggest that there are additional mechanisms to that of phosphorylation at the four critical sites of 4E-BP that are required to disrupt binding to eIF4E

A single-cell RNA-seq analysis of Brachyury-expressing cell clusters suggests a morphogenesis-associated signal center of oral ectoderm in sea urchin embryos

Brachyury is a T-box family transcription factor and plays pivotal roles in morphogenesis. In sea urchin embryos, Brachyury is expressed in the invaginating endoderm, and in the oral ectoderm of the invaginating mouth opening. The oral ectoderm is hypothesized to serve as a signaling center for oral (ventral)-aboral (dorsal) axis formation and to function as a ventral organizer. Our previous results of a single-cell RNA-seq (scRNA-seq) atlas of early Strongylocentrotus purpuratus embryos categorized the constituent cells into 22 clusters, in which the endoderm consists of three clusters and the oral ectoderm four clusters (Foster et al., 2020). Here we examined which clusters of cells expressed Brachyury in relation to the morphogenesis and the identity of the ventral organizer. Our results showed that cells of all three endoderm clusters expressed Brachyury in blastulae. Based on expression profiles of genes involved in the gene regulatory networks (GRNs) of sea urchin embryos, the three clusters are distinguishable, two likely derived from the Veg2 tier and one from the Veg1 tier. On the other hand, of the four oral-ectoderm clusters, cells of two clusters expressed Brachyury at the gastrula stage and genes that are responsible for the ventral organizer at the late blastula stage, but the other two clusters did not. At a single-cell level, most cells of the two oral-ectoderm clusters expressed organizer-related genes, nearly a half of which coincidently expressed Brachyury. This suggests that the ventral organizer contains Brachyury-positive cells which invaginate to form the stomodeum. This scRNA-seq study therefore highlights significant roles of Brachyury-expressing cells in body-plan formation of early sea urchin embryos, though cellular and molecular mechanisms for how Brachyury functions in these processes remain to be elucidated in future studies

Analyse fonctionnelle de la traduction dépendante de la coiffe m⁷GTP en réponse à la fécondation et au cours du cycle cellulaire de l'embryon d'oursin

Sea urchin eggs fertilization induces a protein synthesis increase required for cell cycle entry and progression in embryo. Translation initiation represents a rate limiting step. eIF4E (eukaryotic Initiation Factor 4E) is a cap binding protein that regulates protein synthesis according to its partners 4E-BP (eIF4E Binding Protein) and eIF4G (eukaryotic Initiation Factor 4G). Fertilization provokes eIF4E/4E-BP dissociation. Our results indicate that several isoforms of eIF4G are present in unfertilized eggs and post-translationally modified after fertilization. These isoforms associate with eIF4E after fertilization. eIF4E/4E-BP dissociation and eIF4E/eIF4G association are required for the first mitotic division. eIF4E/4E-BP dissociation is classically described as dependent on 4E-BP hyperphosphorylation; we show that in sea urchin, 4 phosphorylation sites are conserved on 4E-BP. Sea urchin 4E-BP fusion proteins, wild type and mutant mimicking hyperphosphorylation, associate with eIF4E in vitro and inhibit cap dependent translation in cell free extracts. These results suggest that 4E-BP phosphorylation induced after fertilization is not sufficient to release eIF4E and highlight the role of 4E-BP degradation in protein synthesis regulation in sea urchin. We show that 4E-BP, eIF4G, eIF4E, eIF2 (eukaryotic Initiation Factor 2) and eEF2 (eukaryotic Elongation Factor 2) are modified after sea urchin eggs fertilization but also after artificial activation by calcium ionophore or NH4Cl. These modifications mediated by artificial activation induce cyclin B synthesis but are not sufficient to activate CDK1/cyclin B and cell division. Finally, we show that 4E-BP/eIF4E complex is also regulated during the meiotic maturation in starfish oocytes. In these physiological conditions, cyclin B synthesis involves regulations different from the ones observed after sea urchin eggs fertilization.Chez l’oursin, la fécondation induit une augmentation de synthèse protéique indispensable à l’entrée et à la poursuite du cycle cellulaire de l’embryon. L’une des étapes limitantes pour la traduction est l’initiation. La protéine eIF4E (eukaryotic Initiation Factor 4E) se lie à la coiffe m7GTP des ARNm et régule la synthèse protéique en fonction de ses partenaires 4E-BP et eIF4G. La fécondation dissocie eIF4E de son répresseur 4E-BP (eIF4E-Binding Protein). Nos résultats montrent que dans les ovules, eIF4G (eukaryotic Initiation Factor 4G) se présente sous plusieurs isoformes qui sont modifiées de façons post-traductionnelles en réponse à la fécondation. Ces isoformes s’associent à eIF4E après fécondation. La dissociation eIF4E/4E-BP et l’association eIF4E/eIF4G sont nécessaires à la première division cellulaire. La dissociation eIF4E/4E-BP est classiquement décrite comme dépendante de l’hyperphosphorylation de 4E-BP ; nous montrons que chez l’oursin, 4 sites de phosphorylation sont conservés sur 4E-BP. Les protéines de fusion de 4E-BP, sauvage ou mimant une hyperphosphorylation, s’associent à eIF4E in vitro et inhibent la traduction dépendante de la coiffe dans des extraits acellulaires d’oursin. Ces résultats suggèrent que la phosphorylation de 4E-BP induite après fécondation n’est pas suffisante pour libérer eIF4E et met en avant l’importance de la dégradation de 4E-BP dans le contrôle de la synthèse protéique chez l’oursin. Nous montrons que les facteurs 4E-BP, eIF4G, eIF4E, eIF2 (eukaryotic Initiation Factor 2) et eEF2 (eukaryotic Elongation Factor 2) sont modifiés en réponse à la fécondation mais aussi après activation artificielle des ovules d’oursin par le calcium ionophore et le NH4Cl. Ces modifications induites après activation artificielle permettent de synthétiser la cycline B mais sont insuffisantes pour activer le complexe CDK1/cycline B et entraîner la division cellulaire. Enfin, nous montrons que le complexe 4E-BP/eIF4E est aussi régulé au cours de la maturation méiotique de l’étoile de mer. Dans ces conditions physiologiques, la synthèse de la cycline B implique des régulations différentes de celles observées après fécondation chez l’oursin

Analyse fonctionnelle de la traduction dépendante de la coiffe m GTP en réponse à la fécondation et au cours du cycle cellulaire de l'embryon d'oursin

Chez l oursin, la fécondation induit une augmentation de synthèse protéique indispensable à l entrée et à la poursuite du cycle cellulaire de l embryon. L une des étapes limitantes pour la traduction est l initiation. La protéine eIF4E (eukaryotic Initiation Factor 4E) se lie à la coiffe m7GTP des ARNm et régule la synthèse protéique en fonction de ses partenaires 4E-BP et eIF4G. La fécondation dissocie eIF4E de son répresseur 4E-BP (eIF4E-Binding Protein). Nos résultats montrent que dans les ovules, eIF4G (eukaryotic Initiation Factor 4G) se présente sous plusieurs isoformes qui sont modifiées de façons post-traductionnelles en réponse à la fécondation. Ces isoformes s associent à eIF4E après fécondation. La dissociation eIF4E/4E-BP et l association eIF4E/eIF4G sont nécessaires à la première division cellulaire. La dissociation eIF4E/4E-BP est classiquement décrite comme dépendante de l hyperphosphorylation de 4E-BP; nous montrons que chez l oursin, 4 sites de phosphorylation sont conservés sur 4E-BP. Les protéines de fusion de 4E-BP, sauvage ou mimant une hyperphosphorylation, s associent à eIF4E in vitro et inhibent la traduction dépendante de la coiffe dans des extraits acellulaires d oursin. Ces résultats suggèrent que la phosphorylation de 4E-BP induite après fécondation n est pas suffisante pour libérer eIF4E et met en avant l importance de la dégradation de 4E-BP dans le contrôle de la synthèse protéique chez l oursin. Nous montrons que les facteurs 4E-BP, eIF4G, eIF4E, eIF2 (eukaryotic Initiation Factor 2) et eEF2 (eukaryotic Elongation Factor 2) sont modifiés en réponse à la fécondation mais aussi après activation artificielle des ovules d oursin par le calcium ionophore et le NH4Cl. Ces modifications induites après activation artificielle permettent de synthétiser la cycline B mais sont insuffisantes pour activer le complexe CDK1/cycline B et entraîner la division cellulaire. Enfin, nous montrons que le complexe 4E-BP/eIF4E est aussi régulé au cours de la maturation méiotique de l étoile de mer. Dans ces conditions physiologiques, la synthèse de la cycline B implique des régulations différentes de celles observées après fécondation chez l oursin.Sea urchin eggs fertilization induces a protein synthesis increase required for cell cycle entry and progression in embryo. Translation initiation represents a rate limiting step. eIF4E (eukaryotic Initiation Factor 4E) is a cap binding protein that regulates protein synthesis according to its partners 4E-BP (eIF4E Binding Protein) and eIF4G (eukaryotic Initiation Factor 4G). Fertilization provokes eIF4E/4E-BP dissociation. Our results indicate that several isoforms of eIF4G are present in unfertilized eggs and post-translationally modified after fertilization. These isoforms associate with eIF4E after fertilization. eIF4E/4E-BP dissociation and eIF4E/eIF4G association are required for the first mitotic division. eIF4E/4E-BP dissociation is classically described as dependent on 4E-BP hyperphosphorylation; we show that in sea urchin, 4 phosphorylation sites are conserved on 4E-BP. Sea urchin 4E-BP fusion proteins, wild type and mutant mimicking hyperphosphorylation, associate with eIF4E in vitro and inhibit cap dependent translation in cell free extracts. These results suggest that 4E-BP phosphorylation induced after fertilization is not sufficient to release eIF4E and highlight the role of 4E-BP degradation in protein synthesis regulation in sea urchin. We show that 4E-BP, eIF4G, eIF4E, eIF2 (eukaryotic Initiation Factor 2) and eEF2 (eukaryotic Elongation Factor 2) are modified after sea urchin eggs fertilization but also after artificial activation by calcium ionophore or NH4Cl. These modifications mediated by artificial activation induce cyclin B synthesis but are not sufficient to activate CDK1/cyclin B and cell division. Finally, we show that 4E-BP/eIF4E complex is also regulated during the meiotic maturation in starfish oocytes. In these physiological conditions, cyclin B synthesis involves regulations different from the ones observed after sea urchin eggs fertilization.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF

A quiet space during rush hour: Quiescence in primordial germ cells

Quiescence is a common character in stem cells. Low cellular activity in these cells may function to minimize the potential damaging effects of oxidative stress, reduce the number of cells needed for tissue replenishment, and as a consequence, perhaps occupy unique niches. Quiescent stem cells are found in many adult human tissues, the hematopoietic stem cells are paradigmatic, and more recently it appears that stem cell of the germ line in many animals display quiescence characters. Here we explore the diversity of quiescence phenotypes in primordial germ cells, leveraging the diverse mechanisms of germ cell formation to extract evolutionary significance to common processes

Perceptions, freins et motivations à l'application des mesures de biosécurité par les éleveurs de bovins du Grand-Ouest

Cette étude sociologique, menée auprès de 28 éleveurs de bovins dans les départements du Finistère et de la Charente, a été réalisée dans le cadre du projet SANCRE, dans le but d identifier des leviers permettant d obtenir des éleveurs qu ils mettent en place les mesures de biosécurité. Moins de la moitié des mesures de biosécurité préconisées sont mises en œuvre, les pratiques de biosécurité externe étant mieux appliquées que celles de biosécurité interne. Le risque sanitaire, les conseils des intervenants en santé animale et les obligations réglementaires sont les principales motivations à l application des mesures de biosécurité mais de manière inconstante selon les thèmes abordés. Les principaux freins, beaucoup moins nombreux que les motivations, sont d ordre technique. Les éleveurs ayant de bonnes connaissances des maladies ont souvent une représentation précise du risque sanitaire. Ceux pour lesquels le risque sanitaire est présent semblent mieux appliquer les mesures de biosécurité. Par contre, ce ne sont pas ceux qui ont le plus de connaissances qui mettent en œuvre le plus de pratiques de biosécurité. En moyenne, les éleveurs Finistériens appliquent mieux les mesures de biosécurité et ont une meilleure opinion de leurs conseillers, et en particulier du GDS, que les éleveurs Charentais. Les intervenants en élevage influent sur l application des mesures de biosécurité et les éleveurs sont demandeurs d informations. Cependant, leurs conseils manquent d arguments financiers pour obtenir l adhésion de ces éleveurs devenus chefs d entreprise. C est donc par la communication, à la fois collective et personnalisée, que la perception du risque sanitaire qu ont les éleveurs s améliorera, ce qui lentement, devrait les amener à appliquer plus de mesures de biosécurité. En revanche, un ciblage des éleveurs en ayant le plus besoin n a pas pu être obtenue sur la seule base de critères descriptifs comme le type de production ou l effectif de vaches en production.NANTES-Ecole Nat.Vétérinaire (441092302) / SudocTOULOUSE-EN Vétérinaire (315552301) / SudocSudocFranceF

eIF4E et étapes décisionnelles du développement embryonnaire

La synthèse protéique représente une étape importante de l’expression des gènes. Au cours du développement embryonnaire, la traduction des ARNm n’est pas toujours systématique, et résulte d’un contrôle efficace permettant l’expression de la protéine au bon moment et au bon endroit dans l’embryon. Les facteurs d’initiation (eIF, eukaryotic initiation factors) sont des acteurs clés du contrôle de la synthèse protéique. Parmi eux, le facteur eIF4E, par le biais d’associations avec différents partenaires, joue un rôle majeur qui se répercute depuis la gamétogenèse et la fécondation jusqu’à l’établissement des axes embryonnaires. Cet article se concentre sur le rôle d’eIF4E dans le contrôle de la régulation de la synthèse protéique en amont des décisions développementales. Les exemples sélectionnés illustrent l’importance du contrôle traductionnel en général, et au cours du développement embryonnaire en particulier. La découverte de mécanismes, parfois très sophistiqués, qui contrôlent la traduction des ARNm au cours du développement conduit le biologiste à porter un regard nouveau sur cette étape de la régulation de l’expression des gènes